电力系统分析川大课件小结及习题.doc

电力网的电能损耗1. 电力网的电能损耗和损耗率在分析电力系统运行经济性时，常常要求计算一段时间内电力网的电能损耗。在规定时间段内对有功功率的积分便是电能损耗。如果功率为恒定值，则电能损耗就是功率乘以时间。通常以年（即36524=8760小时）作为计算时间段，称为电力网年电能损耗。例如8760小时分为n段，其中第i段时间为ti(h),全网功率损耗为Pi(MW),则全网年电能损耗为。在同一时间内，电力网损耗电量占供电量的百分比，称为电力网的损耗率，简称网损率或线损率，即电力网损耗率=(3-54)其中，在给定的时间（日、月、季或年）内，系统中所有发电厂的总发电量与厂用电量之差称为供电量；这里介绍一种常用的电能损耗简化计算方法，用于逐个计算线路或变压器的年电能损耗，即最大负荷损耗时间法。如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax，在小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损耗，则称为最大负荷损耗时间保持为最大负荷功率Smax，在小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损耗，则称为最大负荷损耗时间。(3-63)若认为电压接近于恒定，则t(3-64)由此可见，最大负荷损耗时间与视在功率表示的负荷曲线有关。在一定功率因数下视在功率与有功功率成正比，而有功功率负荷曲线的形状在某种程度上可由最大负荷利用小时数反映。因此，与线路负荷的功率因数和Tmax有关。通过对一些典型负荷曲线的分析，得到与Tmax及cos的关系,如表3-1所示。使用这一方法只需计算最大负荷时线路或变压器的功率损耗 ,再按负荷的Tmax和cos从表3-1查得，就可用下式计算线路的年电能损耗 (3-65)变压器年电能损耗为 (3-66)表3-1 与Tmax和cos的关系2. 降低网损的主要技术措施 1）提高功率因素、末端增加无功补偿，以减少无功功率的传输。 2）在闭式网络中实行功率的经济分布。 3）合理确定电力网的运行电压。 4）组织变压器的经济运行。 1. 电力系统的组成生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。2. 电力系统的负荷和负荷曲线负荷曲线：描述某一时间段内负荷随时间变化规律的曲线。按描述时间不同，主要有日负荷曲线、年最大负荷曲线和年持续负荷曲线。 相关概念及公式： 一天的总耗电 日平均负荷 负荷率荷 最小负荷系数荷 全年耗电量荷 最大负荷利用小时数荷3. 电力系统的额定电压和额定频率电气设备都是按照指定的电压和频率来进行设计制造的，这个指定的电压和频率，称为电气设备的额定电压和额定频率。当电气设备在此电压和频率下运行时，具有最好的技术性能和经济效果。额定频率：我国规定，电力系统的额定频率为50Hz，也就是工业用电的标准频率，简称工频。我国制定的标准额定电压分为三类。第一类为100V以下适用于蓄电池和安全照明用具等电气设备的额定电压。第二类为500V以下适用于一般工业和民用电气设备的额定电压。第三类为1000V以上高压电气设备的额定电压。为了使各种互相联接的电气设备都能运行在较有利的电压下，各电气设备的额定电压之间有一个相互配合的问题。以下是1000V以上高压电气设备额定电压的规定：1）电力线路的额定电压和用电设备的额定电压相等，有时把它们称为网络的额定电压，如220kV网络等等。2）发电机的额定电压与网络的额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比网络的额定电压高5。3）变压器额定电压的规定略为复杂。根据变压器在电力系统中传输功率的方向，我们规定变压器接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。一次绕组的作用相当于用电设备，其额定电压与网络的额定电压相等。但直接与发电机联接时，其额定电压则与发电机的额定电压相等。二次绕组的作用相当于电源设备。其额定电压规定比网络的额定电压高10%，如果变压器的短路电压小于7%或直接（包括通过短距离线路）与用户联接时，则规定比网络的额定电压高5。为了适应电力系统运行调节的需要，通常在变压器的高压绕组上设计制造有分接抽头。分接头用百分数表示，即表示分接头电压与主抽头电压的差值为主抽头电压的百分之几。对同一电压级的变压器，升压变压器和降压变压器，即使分接1.05kV=231kV。1.05kV=254kV，降压变压器则为2202.5型变压器的抽头额定电压。对于+5抽头，升压变压器为2422即使分接头百分值相同，分接头的额定电压也不同。图l-7所示,为用线电压表示的SF31500220图1-7 用线电压表示的抽头额定电压(a) 升压变压器； (b) 降压变压器 综合经济技术比较，对应一定的输送功率和输送距离有一最合适的线路电压。各级电压送电线路的合理输送能力如表l-10所示。表1-10 各级电压架空线路的输送能力额定电压(kv)输送容量(MW)输送距离(km)额定电压(kv)输送容量(MW)输送距离(km)30.11.013 1101050501506 0.11.2415220100500100300100.22620330200100020060035 2102050 500 800200015085060 3.53030100750 20002500500以上 第一章 思考题与习题窗体顶端1. 变压器一次绕组的作用相当于用电设备，其额定电压与网络的额定电压相等。但直接与发电机联接时，其额定电压则与发电机的额定电压相比。 （ ）10分正确答案：D回答正确A. 高5 B. 低5 C. 低10 D.相等 2. 发电机的额定电压与网络的额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比网络的额定电压 。 10分参考答案：高5% 3. 电力网的接线方式通常按供电的可靠性分为 和 。 10分参考答案：无备用和有备用4什么是最大负荷利用小时数？参考答案：答：如果负荷始终等于最大值Pmax，经过Tmax小时后消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则Tmax为最大负荷利用小时数。5电力系统各元件的额定电压是多少？试标出如图所示电力系统中各发电机、变压器和负荷的额定电压。参考答案：G: 10.5kV ; T1: 10.5/242 kV ; T2: 220/121/38.5 kV ; T3:110/11 kV ; T4: 35/6.6 kV ; LD1: 10 kV ; LD2: 6 kV 窗体底端 第二章 内容小结本章主要学习了以下内容：输电线路的等值电路及参数计算；变压器的等值电路及参数计算；发电机和负荷模型；电力系统的稳态等值电路(标幺值)。要求学生掌握和重点掌握的内容总结如下：1. 输电线路的等值电路及参数计算短距离和中等距离输电线的单相等值电路如下图所示。要求已知单位长度等值电阻、电抗和电纳，可得出中等距离和短距离输电线路的等值电路（计算出等值电路中的Z和Y）。2. 变压器的等值电路及参数计算 变压器等值电路如下图所示。双绕组变压器参数计算： 电阻（2-42） 电抗（2-44） 电导（2-45） 电纳（2-46） 变比 注意公式中各量的单位: DPs -kW, VN-kV SN-MVA三绕组变压器各绕组等值电阻和电抗的计算： 电阻（2-46） 其中， （2-45） （2-47） 电抗（2-49） 其中，（2-48）三绕组变压器的导纳和变比的计算与双绕组变压器相同。3. 发电机和负荷模型发电机稳态等值电路如图2-23所示。图 2-23 发电机的等值电路(a) 以电压源表示；(b)以电流源表示其中电势和电抗分别为（2-56）（2-55）负荷特性:负荷功率与电压和频率的关系，如图2-24所示。图2-24 6kV综合中小工业负荷的静态特性（a）电压静态特性(b)频率静态特性负荷静态模型： 1）恒功率负荷模型 2）恒定阻抗负荷模型（2-57） 3）用电压静态特性表示的综合负荷模型（2-58）（2-59）或， 4）用电压及频率静态特性表示的综合负荷模型（2-63）（2-64）或（2-65）（2-66）4. 电力系统的稳态等值电路(标幺值)1） 电力系统的标幺制 （2-70）基准值的选取：通常是先选定三相功率和线电压基准值SB和VB，再求得阻抗和电流的基准值 （2-74）2）电力系统稳态等值电路的制作要求根据不同分析计算目的，建立电力系统稳态等值电路。重点掌握标幺值的概念和制作统一基准标幺值的全网等值电路，特别是含几个电压等级系统的标幺值等值电路（含理想变压器或不含理想变压器）；重点掌握用平均额定电压的概念制作不含理想变压器的标幺值等值电路。 为了解决多电压等级电网计算中可能出现某电压级的基准电压与其额定电压相差太大或某电压级无法确定基准电压的困难，在工程计算中规定，各个电压等级都以其平均额定电压Vav作为基准电压。根据我国现行的电压等级，各级平均额定电压规定为3.15， 6.3， 10.5， 15.75， 37， 115， 230， 345， 525 kV在短路电流的实用计算中一般不要求很高的精确度，可以认为各个变压器的变比就等于其两侧的平均额定电压之比，这样，在标幺参数的等值电路中，所有变压器的变比都等于1。此时，为了简化计算，除电抗器外，还假定各元件的额定电压均等于平均额定电压。 第二章 思考题与习题窗体顶端1. 有台SFL20000/110型向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的试验数据为： ，试计算归算到高压册的变压器参数 ， ， ， 分别是。（ ）10分正确答案：B回答正确A. 4.08 、 63.53 、 、 B. 4.08 、 63.53、 、 C .4.08 、 76.87 、 、 D. 4.94 、63.53、 、 2. 某发电机的端电压 有名值为10.5kV，基准电压为10.5kV时，其标幺值是。（ ）10分正确答案：B回答正确A. 0.105 B.1C.1.05 D.不确定3某电器的阻抗值为 ，若选定 和 作为统一的基准电压和功率，那么以此为基准的电器的标幺电抗值是（ ）10分正确答案：A回答正确A. B. C. D. 4. 什么是平均额定电压？一般在什么场合使用平均额定电压？参考答案： 答：在短路电流的实用计算中一般不要求很高的精确度，可以认为各个变压器的变比就等于其两侧的平均额定电压之比，这样，在标幺参数的等值电路中，所有变压器的变比都等于1。此时，为了简化计算，除电抗器外，还假定各元件的额定电压均等于平均额定电压。5简述有名制和标幺制的概念。参考答案：答：在一般的电路计算中，电压、电流、功率和阻抗的单位分别用伏、安、瓦、欧表示，这种用实际有名单位表示物理量的方法称为有名单位制。标幺制是相对单位制的一种，在标幺制中各物理量都用标幺值表示。标幺值定义为：6、如习题图3-1所示电力系统，若选各电压等级的额定电压作为基准电压，试作含理想变压器的等值电路并计算其参数的标幺值。发电机G： 变压器T-1： 变压器T-2，T-3： 线路L： 电抗器R： 习题图3-1参考答案：解：取基准功率为7. 若各电压级均选平均额定电压作为基准电压,并近似的认为除电抗器以外其余各元件的额定电压等于平均额定电压，重作上题的等值电路并计算其参数标幺值。参考答案：解：8. 型号为SFS-40000/220的三相三绕组变压器，容量比为100/100/100，额定变比为220/38.5/11，查得， ， ， ， ， ， ，试求：归算到高压侧的变压器参数有名值。参考答案：解： 窗体底端第三章 内容小结本章主要学习了以下内容：l 网络元件的电压降落和功率损耗；开式网络的电压和功率分布；闭式网络的电压和功率分布；多级电压环网的功率分布；电力网的电能损耗。要求学生掌握和重点掌握的内容总结如下：1. 网络元件的电压降落和功率损耗1）网络元件的电压降落（3-8）已知元件首端（末端）电压和功率，用元件电压降落公式可以计算求得元件末端（首端）的电压。注意公式（3-8）中的电压和功率必须是元件同一端的。电压损耗：首末端电压的数值差（V1-V2），也用V表示。电压损耗常以百分值表示：（3-16）电压偏移：网络中某节点的实际电压同网络该处的额定电压之间的数值差。也可以用额定电压的百分数表示，即（3-17）2）网络元件的功率损耗电流通过元件串联等值阻抗产生的功率损耗（3-18）电压施加于元件对地等值导纳时产生的功率损耗在外加电压作用下，线路对地分布电容产生的无功功率损耗为或（3-19）变压器的励磁损耗可由等值电路中励磁支路的导纳确定，即（3-20）实际计算中，变压器的励磁损耗可直接利用空载试验的数据确定，而且一般也不考虑电压变化对它的影响。（3-21）输电效率：线路末端有功功率P2与线路首端输送有功功率P1之比，便是线路的输电效率2. 开式网络的电压和功率分布1）等值电路图3-6 开式网络及其等值电路2）开式网络电压功率分布的计算步骤 （1）用VN求得各点的运算负荷； （2）从末段线路开始，用VN依次计算各段线路的功率损耗； （3）用VA和已求得的功率分布，从A点开始逐段计算电压降落，求得Vb 、Vc 和Vd 。计算过程中使用元件电压降落和功率损耗的功率。3. 闭式网络的电压和功率分布 计算不计等值阻抗功率损耗的初始功率分布； 找出功率分点； 将网络分解为开式网络； 按开式网络的计算方法计算计及功率损耗的功率分布和电压分布。l 初始功率分布的计算公式：（3-38）均一网：各段线路的电抗与电阻的比值都相等的网络称为均一电力网。在两端供电的均一电力网中，如果供电点的电压也相等，则式（3-38）简化为（3-41）对于各线段单位长度的阻抗值都相等的均一网络，式（3-38）可简化为（3-42） 第三章 思考题与习题窗体顶端1元件两端电压降落的相位（横向分量）主要取决于（ ）。10分正确答案：B回答正确A无功功率 B.有功功率 C.电流 D.无功功率和有功功率235kV及以上电压级允许偏移额定电压的（ ）。10分正确答案：B回答正确A3% B. 5%C. 7%D. 10%3试说明开式网络电压分布和功率分布计算的一般步骤。10分参考答案： 答：（1）用VN求得各点的运算负荷；（2）从末段线路开始，用VN依次计算各段线路的功率损耗；（3）用VA和已求得的功率分布，从A点开始逐段计算电压降落，求得Vb 、Vc 和Vd 。 4. 什么是电压降落和电压损耗？10分参考答案：答：电压降落是指始末端电压的相量差；电压损耗是指始末端电压的数量差。 5. 什么是功率分点？有功功率和无功功率分点是否一定出现在同一节点上？10分窗体底端第三章 思考题与习题窗体顶端1元件两端电压降落的相位（横向分量）主要取决于（ ）。10分正确答案：B回答正确A无功功率 B.有功功率 C.电流 D.无功功率和有功功率235kV及以上电压级允许偏移额定电压的（ ）。10分正确答案：B回答正确A3% B. 5%C. 7%D. 10%3试说明开式网络电压分布和功率分布计算的一般步骤。10分参考答案： 答：（1）用VN求得各点的运算负荷；（2）从末段线路开始，用VN依次计算各段线路的功